晶格匹配InAlN/GaN HEMTs的电学与热学可靠性研究

发布时间：2023-04-28 16:46

　　与传统窄禁带半导体硅(Si)相比,宽禁带氮化镓(GaN)材料具有优良的物理特性,如强击穿电场、高电子迁移率、高电子饱和速度和高热导率等,非常适合制备在高压、高频和高温下工作的电子器件,如基于AlGaN/GaN或InAlN/GaN异质结工作的高电子迁移率晶体管(HEMTs)。传统AlGaN/GaN HEMTs的势垒层有较强的(逆)压电效应,在长时间工作条件下易引发器件性能退化,采用晶格匹配的In0.17Al0.83N/GaN HEMTs可有效避免此情况发生。然而,一些电学与热学可靠性问题仍然制约着器件性能的进一步提升和商业化应用。因此,研究关键可靠性问题可直接推动氮化物电子器件的发展,是非常必要的。鉴于此,本文深入研究了 In0.17Al0.83N/GaN HEMTs的重要电学与热学可靠性问题,主要包括长时间高场应力退化、高温环境退化、电流过早击穿行为以及沟道温度测试等。具体内容如下:1.研究了 In0.17Al0.83N/GaN HEMTs的高场与高温退化问题。长时间恒定高场应力测试中,观察到输出电流下降、导通电阻增大、阈值电压正漂和跨导数值减小等电学特性参数退化的现象,这归因于器件的...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 GaN基HEMTs的研究背景
        1.1.1 材料特性
        1.1.2 器件特性与应用
        1.1.3 GaN基HEMTs的发展历程
    1.2 GaN基HEMTs的高场与高温可靠性研究进展
        1.2.1 GaN基HEMTs的高场可靠性研究进展
        1.2.2 GaN基HEMTs的高温可靠性研究进展
    1.3 论文主要研究内容与结构
第二章 In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的工作原理与制备工艺
    2.1 In_xAl_1-xN/GaN异质结
        2.1.1 极化效应
        2.1.2 二维电子气
    2.2 In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的工作原理
        2.2.1 器件结构与工作原理
        2.2.2 主要电学参数
    2.3 In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的制备工艺与流程
    2.4 本章小结
第三章 In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的高场与高温可靠性研究
    3.1 测试系统介绍与实验流程
    3.2 In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的高场应力退化研究
        3.2.1 开态高场应力下器件的退化
        3.2.2 关态高场应力下器件的退化
    3.3 In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的高温可靠性研究
        3.3.1 高温对输出特性影响
        3.3.2 高温对转移特性影响
    3.4 本章小结
第四章 In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的栅极电流击穿行为研究
    4.1 表征技术
        4.1.1 阴极射线发光
        4.1.2 微光显微镜
        4.1.3 光束诱导电阻变化
    4.2 栅极电流击穿行为研究
        4.2.1 栅极步进应力测试
        4.2.2 电场分布模拟
        4.2.3 栅极电流击穿机制
    4.3 本章小结
第五章 In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的沟道温度测量
    5.1 直流电学法
        5.1.1 直流电学法一
        5.1.2 直流电学法二
    5.2 微区拉曼法
    5.3 微光电学法
    5.4 不同方法结果对比
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录: 作者在攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3804082